Процессор pentium шина адреса

Основные характеристики микропроцессоров

Характеристики универсальных микропроцессоров:

1. Разрядность (мощность) — определяется максимальной разрядностью целочисленных данных, обрабатываемых за 1 такт, то есть фактически разрядностью арифметико-логического устройства (АЛУ). Количество бит в машинном слове называется разрядностью. Чем больше разрядность, т.е. чем длиннее машинное слово, тем быстрее передаётся и обрабатывается информация, тем быстрее работает компьютер.

Применительно к микропроцессору, различают три вида разрядности:

1. Разрядность регистров микропроцессора;

2. Разрядность шины данных;

3. Разрядность шины адреса.

Разрядность регистров — это длина машинного слова внутри микропроцессора. Разрядность этого вида диктуется вместимостью внутренних ячеек памяти процессора- вместимостью регистров. Когда классифицируют микропроцессор и употребляют термин «разрядность микропроцессора», то подразумевается внутренняя разрядность, поскольку именно разрядность регистров определяет эффективность обработки данных микропроцессором, диктует диапазон допустимых значений операндов.

Разрядность шины данных. Под шиной данных понимается группа проводников, по которым от микропроцессора к другим устройствам компьютера передаются данные. Разрядность шины данных – это число проводников в ней. Этот вид разрядности диктует длину машинных слов при передаче информации вне процессора, т.е. это длина «внешнего машинного слова». Длина машинных слов внутри микропроцессора и длина внешнего машинного слова могут не совпадать. Например, первый микропроцессор, устанавливавшийся на персональный компьютер IBM PC (Intel 8088), имел внутреннюю разрядность 16 бит, а длину внешнего машинного слова — всего 8 бит. В его современнике Intel 8086 длина внешнего машинного слова была увеличена до размеров разрядности регистров, т.е. до 16 бит, что дало прирост производительности микропроцессора на 40% при той же тактовой частоте. Схожее несовпадение разрядности компания Intel применила на микропроцессоре 80386SX, а также на всех процессорах Pentium (исключая последние 64-разрядные).

Разрядность шины адреса — это число проводников в адресной шине. По этим проводникам от микропроцессора к оперативной памяти передаётся информация для определения ячеек памяти, к которым надо получить доступ. Чем шире шина адреса, тем к большему числу ячеек памяти может адресовываться микропроцессор. Адресное пространство микропроцессора, т.е. наибольший теоретически возможный размер оперативной памяти, доступный для данного микропроцессора, определяется величиной 2 n , где n- разрядность адресной шины.

Например, у Intel 8088 и Intel 8086 адресная шина имела 20 проводников. Наибольший размер оперативной памяти у компьютеров с таким микропроцессором был не более 2 20 = 1048 000 байт, т.е. 1 Мбайт. У процессора следующего поколения, Intel 80286, была 24-разрядная шина адреса, что увеличило максимум адресуемой оперативной памяти до 16 Мб. Начиная с Intel 80386, микропроцессоры Intel длительное время имели 32-битную шину адреса и соответственно адресное пространство 4 Гб.

2. Тип ядра и технология производства. Технология определяется толщиной минимальных элементов процессора, — чем более «тонкой» становится технология, тем больше транзисторов может уместиться на кристалле. Кроме этого, переход на новую технологию помогает снизить энергопотребление и тепловыделение процессора, что очень важно для его стабильной работы.

Переход на новую технологию, как правило, влечет за собой и смену процессорного «ядра»

3. Производительность — Производительность процессора измеряется во Флопсах. Флопс — это количество элементарных операций (тактов) выполняемых за 1 секунду с плавающей запятой. Флопс бывает: 1 Флопс = 10 (нулевая степень), 1 Килофлопс = 10*** степени, 1 Мегафлопс = 10****** степени, 1 Гигафлопс = 10********* степени, 1 Террафлопс = 10************ степени.

Пусть у нас имеется процессор AMD Athlon Core 2/3,5 HHz, пусть процессор выполняет 4 операции за 1 такт времени в каждом ядре, вычислим его производительность: 4 х 4 х 3,5 ГГц = 56 (Гигафлопс) или 56 миллиардов операций в 1 секунду.

Надо помнить, что количество тактов выполняемых процессором не всегда совпадает с фактическим количеством операций в 1 секунду!

И вот почему:

1) для выполнения многих математических операций процессору требуется несколько тактов,

2) конкретное количество операций зависит от типа процессора (чем выше тип, тем меньше требуется количество тактов на выполнение операций),

3) компоненты физической схемы компьютера влияют на скорость выполнения,

4) быстродействие в основном определяется тактовой частотой процессора, чем она выше, тем больше скорость выполнения операций в 1 секунду!

4. Тактовая частота (быстродействие) — процессора или такт ядра процессора — промежуток между двумя импульсами тактового генератора, который синхронизирует выполнение всех операций процессора. Самый важный показатель, определяющий скорость работы процессора. Тактовая частота, измеряемая в мегагерцах (МГц) и гигагерцах (ГГц), обозначает лишь то количество циклов, которые совершает работающий процессор за единицу времени (секунду).

Выполнение различных элементарных операций может занимать от долей такта до многих тактов в зависимости от команды и процессора. Общая тенденция заключается в уменьшении количества тактов, затрачиваемых на выполнение элементарных операций.

5. Объем кэш-памяти, которая имеет два уровня: L1 – память 1-го уровня, находящаяся внутри основной микросхемы микропроцессора и работающая всегда на полной частоте микропроцессора; L2 – память 2-го уровня, кристалл, размещаемый на плате микропроцессора и связанный с ядром внутренней микропроцессорной шиной, может работать на полной или половинной частоте микропроцессора.

6. Архитектура МП. Понятие архитектуры микропроцессора включает в себя систему команд и способы адресации, возможность совмещения выполнения команд во времени, наличие дополнительных устройств в составе микропроцессора, принципы и режимы его работы. Выделяют понятия микроархитектуры и макроархитектуры.

Микроархитектура микропроцессора – это аппаратная организация и логическая структура микропроцессора, регистры, управляющие схемы, арифметико-логические устройства, запоминающие устройства и связывающие их информационные магистрали.

Макроархитектура – это система команд, типы обрабатываемых данных, режимы адресации и принципы работы микропроцессора.

Компьютерная Энциклопедия

Архитектура ЭВМ

Компоненты ПК

Интерфейсы

Мини блог

Самое читаемое

Системные платы

Шина процессора

Общие сведения о шине процессора

Шина процессора — соединяет процессор с северным мостом или контроллером памяти MCH. Она работает на частотах 66–200 МГц и используется для передачи данных между процессором и основной системной шиной или между процессором и внешней кэш-памятью в системах на базе процессоров пятого поколения. Схема взаимодействия шин в типичном компьютере на базе процессора Pentium (Socket 7) показано на рисунке.

На этом рисунке четко видна трехуровневая архитектура, в которой на самом верхнем уровне иерархии находится шина процессора, далее следует шина PCI и за ней шина ISA. Большинство компонентов системы подключается к одной из этих трех шин.

В системах, созданных на основе процессоров Socket 7, внешняя кэш-память второго уровня установлена на системной плате и соединена с шиной процессора, которая работает на частоте системной платы (обычно от 66 до 100 МГц). Таким образом, при появлении процессоров Socket 7 с более высокой тактовой частотой рабочая частота кэш-памяти осталась равной сравнительно низкой частоте системной платы. Например, в наиболее быстродействующих системах Intel Socket 7 частота процессора равна 233 МГц, а частота шины процессора при множителе 3,5х достигает только 66 МГц. Следовательно, кэш-память второго уровня также работает на частоте 66 МГц. Возьмем, например, систему Socket 7, использующую процессоры AMD K6-2 550, работающие на частоте 550 МГц: при множителе 5,5х ч астота шины процессора равна 100 МГц. Следовательно, в этих системах частота кэш-памяти второго уровня достигает только 100 МГц.

Проблема медленной кэш-памяти второго уровня была решена в процессорах класса P6, таких как Pentium Pro, Pentium II, Celeron, Pentium III, а также AMD Athlon и Duron. В этих процессорах использовались разъемы Socket 8, Slot 1, Slot 2, Slot A, Socket A или Socket 370. Кроме того, кэш-память второго уровня была перенесена с системной платы непосредственно в процессор и соединена с ним с помощью встроенной шины. Теперь эта шина стала называться шиной переднего плана (Front-Side Bus — FSB), однако я, согласно устоявшейся традиции, продолжаю называть ее шиной процессора.

Включение кэш-памяти второго уровня в процессор позволило значительно повысить ее скорость. В современных процессорах кэш-память расположена непосредственно в кристалле процессора, т.е. работает с частотой процессора. В более ранних версиях кэш-память второгоуровня находилась в отдельной микросхеме, интегрированной в корпус процессора, и работала с частотой, равной 1/2, 2/5 или 1/3 частоты процессора. Однако даже в этом случае скорость интегрированной кэш-памяти была значительно выше, чем скорость внешнего кэша, ограниченного частотой системной платы Socket 7.

В системах Slot 1 кэш-память второго уровня была встроена в процессор, но работала только на его половинной частоте. Повышение частоты шины процессора с 66 до 100 МГц привело к увеличению пропускной способности до 800 Мбайт/с. Следует отметить, что в большинство систем была включена поддержка AGP. Частота стандартного интерфейса AGP равна 66 МГц (т.е. вдвое больше скорости PCI), но большинство систем поддерживают порт AGP 2x, быстродействие которого вдвое выше стандартного AGP, что приводит к увеличению пропускной способности до 533 Мбайт/с. Кроме того, в этих системах обычно использовались модули памяти PC100 SDRAM DIMM, скорость передачи данных которых равна 800 Мбайт/с.

В системах Pentium III и Celeron разъем Slot 1 уступил место гнезду Socket 370. Это было связано главным образом с тем, что более современные процессоры включают в себя встроенную кэш-память второго уровня (работающую на полной частоте ядра), а значит, исчезла потребность в дорогом корпусе, содержащем несколько микросхем. Скорость шины процессора увеличилась до 133 МГц, что повлекло за собой повышение пропускной способности до 1066 Мбайт/с. В современных системах используется уже AGP 4x со скоростью передачи данных 1066 Мбайт/с.

Шина процессора на основе hub-архитектуры

Обратите внимание на hub-архитектуру Intel, используемую вместо традиционной архитектуры “северный/южный мост”. В этой конструкции основное соединение между компонентами набора микросхем перенесено в выделенный hub-интерфейс со скоростью передачи данных 266 Мбайт/с (вдвое больше, чем у шины PCI), что позволило устройствам PCI использовать полную, без учета южного моста, пропускную способность шины PCI. Кроме того, микросхема Flash ROM BIOS, называемая теперь Firmware Hub, соединяется с системой через шину LPC. Как уже отмечалось, в архитектуре “северный/южный мост” для этого использовалась микросхема Super I/O. В большинстве систем для соединения микросхемы Super I/O вместо шины ISA теперь используется шина LPC. При этом hub-архитектура позволяет отказаться от использования Super I/O. Порты, поддерживаемые микросхемой Super I/O, называются традиционными (legacy), поэтому конструкция без Super I/O получила название нетрадиционной (legacy-free) системы. В такой системе устройства, использующие стандартные порты, должны быть подсоединены к компьютеру с помощью шины USB. В этих системах обычно используются два контроллера и до четырех общих портов (дополнительные порты могут быть подключены к узлам USB).

В системах, созданных на базе процессоров AMD, применена конструкция Socket A, в которой используются более быстрые по сравнению с Socket 370 процессор и шины памяти, но все еще сохраняется конструкция “северный/южный мост”. Обратите внимание на быстродействующую шину процессора, частота которой достигает 333 МГц (пропускная способность — 2664 Мбайт/с), а также на используемые модули памяти DDR SDRAM DIMM, которые поддерживают такую же пропускную способность (т.е. 2664 Мбайт/с). Также следует заметить, что большинство южных мостов включает в себя функции, свойственные микросхемам Super I/O. Эти микросхемы получили название Super South Bridge (суперъюжный мост).

Система Pentium 4 (Socket 423 или Socket 478), созданная на основе hub-архитектуры, показана на рисунке ниже. Особенностью этой конструкции является шина процессора с тактовой частотой 400/533/800 МГц и пропускной способностью соответственно 3200/4266/6400 Мбайт/с. Сегодня это самая быстродействующая шина. Также обратите внимание на двухканальные модули PC3200 (DDR400), пропускная способность которых (3200 Мбайт/с) соответствует пропускной способности шины процессора, что позволяет максимально повысить производительность системы. В более производительных системах, включающих в себя шину с пропускной способностью 6400 Мбайт/с, используются двухканальные модули DDR400 с тактовой частотой 400 МГц, благодаря чему общая пропускная способность шины памяти достигает 6400 Мбайт/с. Процессоры с частотой шины 533 МГц могут использовать парные модули памяти (PC2100/DDR266 или PC2700/DDR333) в двухканальном режиме для достижения пропускной способности шины памяти 4266 Мбайт/с. Соответствие пропускной способности шины памяти рабочим параметрам шины процессора является условием оптимальной работы.

Процессор Athlon 64, независимо от типа гнезда (Socket 754, Socket 939 или Socket 940), использует высокоскоростную архитектуру HyperTransport для взаимодействия с северным мостом или микросхемой AGP Graphics Tunnel. Первые наборы микросхем для процессоров Athlon 64 использовали версию шины HyperTransport с параметрами 16 бит/800 МГц, однако последующие модели, предназначенные для поддержки процессоров Athlon 64 и Athlon 64 FX в исполнении Socket 939, используют более быструю версию шины HyperTransport с параметрами 16 бит/1 ГГц.

Наиболее заметным отличием архитектуры Athlon 64 от всех остальных архитектур ПК является размещение контроллера памяти не в микросхеме северного моста (или микросхеме MCH/GMCH), а в самом процессоре. Процессоры Athlon 64/FX/Opteron оснащены встроенным контроллером памяти. Благодаря этому исключаются многие “узкие места”, связанные с внешним контроллером памяти, что положительно сказывается на общем быстродействии системы. Главный недостаток этого подхода состоит в том, что для добавления поддержки новых технологий, например памяти DDR2, придется изменять архитектуру процессора.

Поскольку шина процессора должна обмениваться информацией с процессором с максимально возможной скоростью, в компьютере она функционирует намного быстрее любой другой шины. Сигнальные линии (линии электрической связи), представляющие шину, предназначены для передачи данных, адресов и сигналов управления между отдельными компонентами компьютера. Большинство процессоров Pentium имеют 64-разрядную шину данных, поэтому за один цикл по шине процессора передается 64 бит данных (8 байт).

Тактовая частота , используемая для передачи данных по шине процессора, соответствует его внешней частоте. Это следует учитывать, поскольку в большинстве процессоров внутренняя тактовая частота, определяющая скорость работы внутренних блоков, может превышать внешнюю. Например, процессор AMD Athlon 64 3800+ работает с внутренней тактовой частотой 2,4 ГГц, однако внешняя частота составляет всего 400 МГц, в то время как процессор Pentium 4 с внутренней частотой 3,4 ГГц имеет внешнюю частоту, равную 800 МГц. В новых системах реальная частота процессора зависит от множителя шины процессора (2x, 2,5x, 3x и выше). Шина FSB, подключенная к процессору, по каждой линии данных может передавать один бит данных в течение одного или двух периодов тактовой частоты. Таким образом, в компьютерах с современными процессорами за один такт передается 64 бит.

Пропускная способность шины процессора

Для определения скорости передачи данных по шине процессора необходимо умножить разрядность шины данных (64 бит, или 8 байт, для Celeron/Pentium III/4 или Athlon/Duron/ Athlon XP/Athlon 64) на тактовую частоту шины (она равна базовой (внешней) тактовой частоте процессора).

Например, при использовании процессора Pentium 4 с тактовой частотой 3,6 ГГц, установленного на системной плате, частота которой равна 800 МГц, максимальная мгновенная скорость передачи данных будет достигать примерно 6400 Мбайт/с. Этот результат можно получить, используя следующую формулу:
800 МГц × 8 байт (64 бит) = 6400 Мбайт/с.

Для более медленной системы Pentium 4:
533,33 МГц × 8 байт (64 бит) = 4266 Мбайт/с;
400 МГц × 8 байт (64 бит) = 3200 Мбайт/с.

Для системы Athlon XP (Socket A) получится следующее:
400 МГц × 8 байт (64 бит) = 3200 Мбайт/с;
333 МГц × 8 байт (64 бит) = 2667 Мбайт/с;
266,66 МГц × 8 байт (64 бит) = 2133 Мбайт/с.

Для системы Pentium III (Socket 370):
133,33 МГц × 8 байт (64 бит) = 1066 Мбайт/с;
100 МГц × 8 байт (64 бит) = 800 Мбайт/с.

Максимальную скорость передачи данных называют также пропускной способностью шины (bandwidth) процессора.

Основные характеристики микропроцессоров

Характеристики универсальных микропроцессоров:

1. Разрядность (мощность) — определяется максимальной разрядностью целочисленных данных, обрабатываемых за 1 такт, то есть фактически разрядностью арифметико-логического устройства (АЛУ). Количество бит в машинном слове называется разрядностью. Чем больше разрядность, т.е. чем длиннее машинное слово, тем быстрее передаётся и обрабатывается информация, тем быстрее работает компьютер.

Применительно к микропроцессору, различают три вида разрядности:

1. Разрядность регистров микропроцессора;

2. Разрядность шины данных;

3. Разрядность шины адреса.

Разрядность регистров — это длина машинного слова внутри микропроцессора. Разрядность этого вида диктуется вместимостью внутренних ячеек памяти процессора- вместимостью регистров. Когда классифицируют микропроцессор и употребляют термин «разрядность микропроцессора», то подразумевается внутренняя разрядность, поскольку именно разрядность регистров определяет эффективность обработки данных микропроцессором, диктует диапазон допустимых значений операндов.

Разрядность шины данных. Под шиной данных понимается группа проводников, по которым от микропроцессора к другим устройствам компьютера передаются данные. Разрядность шины данных – это число проводников в ней. Этот вид разрядности диктует длину машинных слов при передаче информации вне процессора, т.е. это длина «внешнего машинного слова». Длина машинных слов внутри микропроцессора и длина внешнего машинного слова могут не совпадать. Например, первый микропроцессор, устанавливавшийся на персональный компьютер IBM PC (Intel 8088), имел внутреннюю разрядность 16 бит, а длину внешнего машинного слова — всего 8 бит. В его современнике Intel 8086 длина внешнего машинного слова была увеличена до размеров разрядности регистров, т.е. до 16 бит, что дало прирост производительности микропроцессора на 40% при той же тактовой частоте. Схожее несовпадение разрядности компания Intel применила на микропроцессоре 80386SX, а также на всех процессорах Pentium (исключая последние 64-разрядные).

Разрядность шины адреса — это число проводников в адресной шине. По этим проводникам от микропроцессора к оперативной памяти передаётся информация для определения ячеек памяти, к которым надо получить доступ. Чем шире шина адреса, тем к большему числу ячеек памяти может адресовываться микропроцессор. Адресное пространство микропроцессора, т.е. наибольший теоретически возможный размер оперативной памяти, доступный для данного микропроцессора, определяется величиной 2 n , где n- разрядность адресной шины.

Например, у Intel 8088 и Intel 8086 адресная шина имела 20 проводников. Наибольший размер оперативной памяти у компьютеров с таким микропроцессором был не более 2 20 = 1048 000 байт, т.е. 1 Мбайт. У процессора следующего поколения, Intel 80286, была 24-разрядная шина адреса, что увеличило максимум адресуемой оперативной памяти до 16 Мб. Начиная с Intel 80386, микропроцессоры Intel длительное время имели 32-битную шину адреса и соответственно адресное пространство 4 Гб.

2. Тип ядра и технология производства. Технология определяется толщиной минимальных элементов процессора, — чем более «тонкой» становится технология, тем больше транзисторов может уместиться на кристалле. Кроме этого, переход на новую технологию помогает снизить энергопотребление и тепловыделение процессора, что очень важно для его стабильной работы.

Переход на новую технологию, как правило, влечет за собой и смену процессорного «ядра»

3. Производительность — Производительность процессора измеряется во Флопсах. Флопс — это количество элементарных операций (тактов) выполняемых за 1 секунду с плавающей запятой. Флопс бывает: 1 Флопс = 10 (нулевая степень), 1 Килофлопс = 10*** степени, 1 Мегафлопс = 10****** степени, 1 Гигафлопс = 10********* степени, 1 Террафлопс = 10************ степени.

Пусть у нас имеется процессор AMD Athlon Core 2/3,5 HHz, пусть процессор выполняет 4 операции за 1 такт времени в каждом ядре, вычислим его производительность: 4 х 4 х 3,5 ГГц = 56 (Гигафлопс) или 56 миллиардов операций в 1 секунду.

Надо помнить, что количество тактов выполняемых процессором не всегда совпадает с фактическим количеством операций в 1 секунду!

И вот почему:

1) для выполнения многих математических операций процессору требуется несколько тактов,

2) конкретное количество операций зависит от типа процессора (чем выше тип, тем меньше требуется количество тактов на выполнение операций),

3) компоненты физической схемы компьютера влияют на скорость выполнения,

4) быстродействие в основном определяется тактовой частотой процессора, чем она выше, тем больше скорость выполнения операций в 1 секунду!

4. Тактовая частота (быстродействие) — процессора или такт ядра процессора — промежуток между двумя импульсами тактового генератора, который синхронизирует выполнение всех операций процессора. Самый важный показатель, определяющий скорость работы процессора. Тактовая частота, измеряемая в мегагерцах (МГц) и гигагерцах (ГГц), обозначает лишь то количество циклов, которые совершает работающий процессор за единицу времени (секунду).

Выполнение различных элементарных операций может занимать от долей такта до многих тактов в зависимости от команды и процессора. Общая тенденция заключается в уменьшении количества тактов, затрачиваемых на выполнение элементарных операций.

5. Объем кэш-памяти, которая имеет два уровня: L1 – память 1-го уровня, находящаяся внутри основной микросхемы микропроцессора и работающая всегда на полной частоте микропроцессора; L2 – память 2-го уровня, кристалл, размещаемый на плате микропроцессора и связанный с ядром внутренней микропроцессорной шиной, может работать на полной или половинной частоте микропроцессора.

6. Архитектура МП. Понятие архитектуры микропроцессора включает в себя систему команд и способы адресации, возможность совмещения выполнения команд во времени, наличие дополнительных устройств в составе микропроцессора, принципы и режимы его работы. Выделяют понятия микроархитектуры и макроархитектуры.

Микроархитектура микропроцессора – это аппаратная организация и логическая структура микропроцессора, регистры, управляющие схемы, арифметико-логические устройства, запоминающие устройства и связывающие их информационные магистрали.

Макроархитектура – это система команд, типы обрабатываемых данных, режимы адресации и принципы работы микропроцессора.

Анализ развития процессоров фирмы Intel: семейство Pentium

Микроархитектура NetBurst

Повышение производительности IA-32 достигалось не только путем оптимизации конвейера команд и добавления исполнительных блоков, но и, например, внедрением кэш -памяти в ядро процессора. В семействе IA-32 встроенный кэш L1 размером 8 Кбайт впервые был реализован в процессорах Intel-486. В процессорах Pentium размер кэша был удвоен. Первые представители P6 ( Pentium Pro ) содержали также кэш L2 размером 256 или 512 Кбайт. Однако такое решение в то время оказалось слишком дорогим и невыгодным, поэтому в Pentium II была представлена технология Dual Independent Bus ( DIB ) — двойная независимая шина . Процессор выполнялся в виде картриджа с печатным краевым разъемом, на который выведена системная шина . На картридже размером 14х6,2х1,6см устанавливались микросхема ядра процессора ( CPU Core ), несколько микросхем, реализующих вторичный кэш , и вспомогательные дискретные элементы (резисторы и конденсаторы). Удаление вторичного кэша из кристалла процессора позволило использовать для кэш -памяти и памяти тегов микросхемы сторонних производителей, специализирующихся на выпуске сверхбыстродействующей памяти. Объем вторичного кэша определялся емкостью и числом установленных микросхем памяти. Для доступа к кэшу и для доступа к внешней памяти использовались раздельные шины. Такое же архитектурное решение использовалось в первых моделях Pentium III. Начиная с 1999 года (Pentium III Coppermine), кэш L2 вновь был возвращен внутрь кристаллов процессоров.

Процессор Pentium 4 является 32-разрядным представителем семейства IA-32 , по микроархитектуре принадлежащим к новому, седьмому ( по классификации Intel) поколению. С программной точки зрения он представляет собой процессор IA-32 с очередным расширением системы команд — SSE2 . По набору программно-доступных регистров Pentium 4 повторяет процессор Pentium III. С внешней, аппаратной точки зрения — это процессор с системной шиной нового типа, в которой кроме повышения тактовой частоты применены ставшие уже привычными принципы двойной (2х) и четырехкратной (4х) синхронизации, а также предпринят ряд мер по обеспечению работоспособности на ранее немыслимых частотах. Микроархитектура процессора, получившая название NetBurst, разработана с учетом высоких частот как ядра (>1,4 ГГц), так и системной шины (400 МГц). Название микроархитектуры указывает на сетевую направленность процессора: его мощь необходима для ресурсоемких мультимедийных Интернет-приложений.

Процессор Pentium 4 является однокристальным. Кроме собственно вычислительного ядра, он содержит кэш — память двух уровней. Вторичный кэш , общий для инструкций и данных, имеет размер 256 Кбайт и разрядность шины 256 бита (32 байта), как и в последних процессорах Pentium III. Шина вторичного кэша работает на частоте ядра, что обеспечивает ее пропускную способность 32х1,4 = 44,8 Гбайт/с на частоте 1,4 ГГц. Вторичный кэш имеет ЕСС-контроль, позволяющий обнаруживать и исправлять ошибки. Первичный кэш данных имеет такую же высокую пропускную способность (44,8 Гбайт/с), но его объем сократился вдвое (8 Кбайт против 16 в Pentium III). Первичный кэш инструкций в привычном понимании отсутствует, его заменил кэш трассы ( trace cache ). В нем хранятся последовательности микроопераций , в которые декодированы инструкции. Здесь могут помещаться до 12К микроинструкций.

Интерфейс системной шины процессора рассчитан только на однопроцессорные конфигурации, отсутствует также возможность избыточного функционального контроля ( FRC ). Интерфейс во многом напоминает шину Р6, протокол также ориентирован на одновременное выполнение нескольких транзакций. Принят ряд мер по обеспечению высокой пропускной способности. В процессоре Pentium 4 частота шины 400 МГц с «четырехкратной накачкой» ( quad pumped) — тактовая частота системной шины составляет 100 МГц, но частота передачи адресов и данных выше. Новая информация по линиям с общей синхронизацией может передаваться на каждом такте с частотой 100 МГц. Для 2 и 4-кратной передачи используется синхронизация от источника данных. По шине адреса информация передается в режиме 2-кратной передачи, стробами являются два сигнала ADSTB0# и ADSTB1#. По спаду этих стробов передается адрес , а по фронту — информация о типе транзакции. Таким образом, в каждом такте шины (за 10 нс) передается и адрес , и тип транзакции (у Р6 на это требовалось 2 такта, что занимало 15-30 нс). По шине данных информация передается с четырехкратной частотой, для чего используются пары стробирующих сигналов DSTBp[0:3]# и DSTBn[0:3]# с периодом 5 нс (частота 200 МГц). Стробы сдвинуты относительно друг друга на 2,5 нс (половину своего маленького такта), синхронизация по их спадам и дает учетверенную частоту передачи.

Разрядность шины данных, как и в предыдущих двух поколениях процессоров, составляет 64 бита (8 байт ), что в режиме 4-кратной передачи дает максимальную пропускную способность 100х4х8=3,2 Гбайт/с . У процессоров Pentium III шина обеспечивала 133х8=1,06 Гбайт/с . Шина адреса имеет разрядность 36 бит , и это позволяет адресовать те же 64 Гбайт памяти, из которых кэшируются только первые 4 Гбайт.

Исполнительные устройства МП ( АЛУ ) работают на удвоенной частоте, что дает возможность выполнять большинство целочисленных инструкций за половину такта. По сравнению с предыдущими поколениями IA-32 , Pentium 4 содержит самый длинный конвейер команд, состоящий из 20 этапов и названный гиперконвейером . В связи с этой особенностью многие специалисты отмечают, что микроархитектура NetBurst будет иметь максимальную производительность исполнения предсказуемых (линейных и циклических) участков программы, характерных для приложений, на которые ориентирован Pentium 4. На непредсказуемо ветвящихся программах, к которым относятся, например, офисные приложения , длинный гиперконвейер оказывается менее эффективным, чем конвейер Р6, если бы тот удалось разогнать до частот 1,4 ГГц и выше. Чтобы частично компенсировать этот недостаток, были существенно оптимизированы механизмы спекулятивного исполнения и предсказания ветвлений.

Разрядность шины данных и шины адреса

В конспект

Процесори

План

1. Центральный процессор CPU(Central Processing Unit) представлен на системной плате одной-двумя интегральными микросхемами (ИМС). ЦП управляет взаимодействием между всеми блоками и подсистемами компьютера.

В ПК может работать несколько процессоров. Один процессор управляет вводом/выводом данных и называется «процессором ввода-вывода». Вычисления с математическими числами выполняются математическим сопроцессором. Графический процессор обеспечивает быстрый вывод изображения на экран дисплея. ЦП управляет всей компьютерной системой.

Первый МП 4004 был выпущен компанией Intel в 1971 году. До этих пор ЦП собирали из множества дискретных компонентов: электронных ламп, транзисторов, микросхем с малой степенью интеграции. Рабочая частота i4004 составляла 108 кГц. Этот МП предназначался для использования в программируемых калькуляторах.

МП стали применяться в ПК начиная с модели i8080, которая была представлена фирмой Intel в 1974 году. На этом МП был собран первый ПК Altair 8800.

Поколения процессоров Intel

Характеристики микропроцессора.

1. Важнейший параметр процессора — набор команд, который он умеет исполнять. Разумеется, все процессоры, на базе которых строится PC-совместимый компьютер, должны уметь исполнять одинаковый набор команд.

Компьютерная программа — последовательность некоторых команд, каждую из этих команд должен уметь исполнить процессор. Процессоры, на базе которых строятся другие (не PC) компьютеры, исполняют свои, совсем другие наборы команд.

Тактовая частота

Тактовая частота (МГц) определяется параметрами кварцевого резонатора, представляющего собой кристалл кварца в оловянной оболочке. Под воздействием электрического напряжения в кристалле кварца возникают колебания электрического тока с частой, определяемой формой и размерами кристалла. Частота этого переменного тока и называется тактовой частотой. Наименьшей единицей времени для процессора, как для логического устройства является период тактовой частоты или просто такт. На каждую операцию (выполнение команды) процессор затрачивает некоторое количество тактов.

Чем выше тактовая частота процессора, тем производительнее он работает, так как в единицу времени происходит большее количество тактов и выполняется большее количество команд.

Среднее количество операций выполняемое за один такт работы процессора принято называть производительностью. Чем меньше тактов затрачивает в среднем процессор на исполнение команды, тем выше его эффективность (производительность) даже при неизменной тактовой частоте.

Разрядность шины данных и шины адреса

Шина данных — набор соединений, для передачи и приема данных. Чем больше сигналов одновременно поступает на шину, тем больше данных по ней передается за определенный интервал времени, и тем быстрее она работает. В процессоре 286 для приема и передачи двоичных данных используется 16 соединений, поэтому их шина данных считается 16-разрядной. Современные процессоры (начиная с Pentium) имеют 64-х разрядную шину данных, поэтому они могут передавать в системную память по 64 бита за один такт.

Количество битов данных, которые может обработать процессор за один прием, характеризуется разрядностью внутренних регистров.

Регистр — это по существу ячейка памяти внутри процессора, например, процессор может складывать числа, записанные в двух разных регистрах, а результат записывать в третий регистр. Разрядность регистров описывает разрядность обрабатываемых процессором данных. Разрядность регистров определяет также характеристики программного обеспечения и команд, выполняемых процессором. Например, процессоры с 32-разрядными внутренними регистрами могут выполнять 32-разрядные команды, которые обрабатывают данные 32-разрядными порциями, а процессоры с 16-разрядными регистрами этого делать не могут.

Кроме того в зависимости от структуры регистров различают два основных типа процессоров:

1) RISC — Reduced (Restricted) Instruction Set Computer — процессоры (компьютеры) с сокращенной системой команд. Эти процессоры обычно имеют набор однородных регистров универсального назначения; их система команд отличается относительной простотой.

2) CISC — Complete Instruction Set Computer — процессоры (компьютеры) с полным набором инструкций, к которым относится и семейство х86. Состав и назначение их регистров существенно неоднородны, широкий набор команд усложняет декодирование инструкций, на что расходуются аппаратные ресурсы. Возрастает число тактов, необходимое для выполнения инструкций.

Шина адреса — представляет собой набор проводников, по которым передается адрес ячейки памяти, в которую или из которой пересылаются данные. По каждому проводнику передается один бит адреса, соответствующий одной цифре в адресе. Увеличение количества проводников (разрядов шины) используемых для формирования адреса, позволяет увеличить количество адресуемых ячеек. Разрядность шины адреса определяет максимальный объем памяти, адресуемой процессором.

В компьютерах применяется двоичная системы счисления. Если, например, разрядность шины адреса составила бы всего один бит (один провод для передачи данных), то по этому проводу можно было бы передать всего два значения (логический нуль — нет напряжения, логическая единица — есть напряжение) и таким образом можно было бы адресоваться к двум ячейкам памяти. Такой бы процессор поддерживал обмен только с двумя байтами оперативной памяти! Использование двух бит для задания адреса позволило бы адресоваться уже к 4-м байтам памяти (00, 01, 10, 11 на шине — на четыре разных адреса можно указать). Вообще, количество разных значений, принимаемое n-разрядным двоичным числом равно 2 в степени n. Соответственно, при ширине шины адреса n бит, количество разных ячеек памяти, к которым можно адресоваться составляет 2 в степени n, поэтому говорят, что процессор поддерживает 2 в степени n байт оперативной памяти, или говорят, что адресное пространство процессора равно 2 в степени n байт. Например: процессор 8086 имел адресную шину 20 бит. Тогда он мог адресовать <2 в степени 20=1048576>байт оперативной памяти, т.е. 1 Мбайт. Таким образом, максимальный объем оперативной памяти, поддерживаемой процессором 8086 составляет 1 Мбайт. 286-ой процессор имел адресную шину равную 24 битам, адресуя таким образом уже 16 Мбайт (обратите внимание: каждый новый бит в шине адреса, увеличивает объем адресуемой памяти вдвое, это естественно, если вспомнить формулу Объем памяти = 2 в степени разрядность шины). Современные процессоры имеют адресную шину равной 36 бит, что соответствует поддерживаемой оперативной памяти объемом 64 Гбайт!

Разрядность этих шин является показателем возможностей процессора: разрядность шины данных определяет возможности процессора быстро обмениваться информацией, разрядность адресной шины определяет объем поддерживаемой процессором памяти.

Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Студалл.Орг (0.012 сек.)